CN102167621B - 一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。其技术方案是：先将45～55wt％的氧化铝空心球、30～45wt％的Al2O3微粉、6～13wt％的ρ-Al2O3的微粉和3～6wt％的硅微粉混合，外加上述混合料5～15wt％的有机聚合物细粉和20～30wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～48h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1600～1700℃条件下保温3～6h。本发明工艺简单、成本低廉。用该方法制备的氧化铝空心球轻质隔热砖具有体积密度低、热导率低，耐压强度高、使用温度高、隔热效果好、荷重软化温度高和重烧线变化率低的特点。
Description
技术领域
本发明属于轻质隔热砖技术领域，具体涉及到一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。
背景技术
低碳环保和节能降耗是当前我国保持经济稳健发展的重要措施之一。保温隔热是节能的重要措施之一，轻质耐火材料是各种窑炉等热工设备的关键部位，关系重大。开发轻质、高强、耐火度高、热导率低、热震稳定性好、荷重软化点高、甚至可直接与火焰接触的轻质隔热耐火材料，以改变传统高温窑炉采用的重质材料所存在的热容大、升温速率慢、炉壳表面温度高、能耗大、使用寿命短、维修量大等缺点。轻质隔热耐火砖的使用能够实现节能降耗，为社会的可持续发展服务。
轻质隔热耐火材料制品通常采用在无机氧化物细粉中引入聚轻球、锯末等烧失物来造孔从而获得低热导率，然而引入大量气孔必然导致材料重烧线收缩率提高、耐压强度降低、荷软温度降低、高温蠕变严重，从而使材料的使用温度受到很大局限。作为工作衬的轻质耐火材料制品，要求受高温、热烟气的冲刷、窑炉温度升降而产生热应力，使用条件十分苛刻。其中氧化铝轻质砖作为工作衬已经是很常见的一种。通常是以氧化铝空心球为骨料，以刚玉细粉为基质，添加少量结合粘土、CA水泥或磷酸盐结合剂，混合浇注成型，烘干后经1600～1700℃高温烧成。
氧化铝空心球已经在耐火轻质保温隔热领域得到了较大的应用，空心球利用了封闭空腔热阻大的特点，隔热效果好，强度大，使用温度高，荷重软化点高。可以直接接触火焰，还可以作为隔热层使用。“一种制备轻质高强氧化铝空心球陶瓷的制备方法”(CN200310122906.2)的专利技术中，以α-Al2O3微粉、氧化铝空心球为原料，磷酸溶液为结合剂，制备的轻质隔热砖体积密度较低，抗折耐压强度较高。该方法所制备的轻质隔热砖体系过于简单，只有氧化铝空心球和α-Al2O3微粉，纯刚玉相在高温下难以烧结，因此需要煅烧温度高，煅烧时间长，导致产品成本较高；该种轻质砖的砖体轻质化主要依靠所添加的氧化铝空心球所引入的大孔，基质部分仍然呈致密态，热量可以在基质部分自由传递，热震稳定性差，因此使用过程中基质部分容易形成应力集中而开裂，影响轻质砖的使用寿命。
发明内容
本发明旨在克服已有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法。用该方法制备的氧化铝空心球轻质隔热砖与普通隔热材料相比具有体积密度低、热导率低，耐压强度高、使用温度高、隔热效果好、荷重软化温度高和重烧线变化率低的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将45～55wt％的氧化铝空心球、30～45wt％的Al2O3微粉、6～13wt％的ρ-Al2O3的微粉和3～6wt％的硅微粉混合，外加上述混合料5～15wt％的有机聚合物细粉和20～30wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～48h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1600～1700℃条件下保温3～6h。
在上述技术方案中：氧化铝空心球中的Al2O3含量＞98wt％，容重为0.6～0.8g/cm3，氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为25～35wt％，3～1mm的颗粒为35～50wt％，1～0.2mm的颗粒为20～33wt％；Al2O3微粉的粒度为325目以下；有机聚合物细粉为酒糟、淀粉、糊精和葡萄糖中的一种以上，其粒度为325目以下；硅微粉中的SiO2含量＞91wt％，粒度为325目以下；ρ-Al2O3微粉中的Al2O3含量＞99wt％，粒度为325目以下。
由于采用上述技术方案，本发明具有的有益效果是：
该轻质氧化铝空心球隔热砖是以氧化铝空心球为骨料，Al2O3微粉为基质粉料，ρ-Al2O3微粉为结合剂，辅助添加硅微粉，高温煅烧与氧化铝微粉反应产生莫来石相，能降低烧成温度并提高强度。
添加有机聚合物细粉为基质部分微孔造孔剂，使所得制品中基质部分均匀分布微小气孔，提高了产品的热震稳定性和降低热导率。
所制备的轻质氧化铝空心球隔热砖与普通的轻质氧化铝空心球隔热材料相比具有体积密度低(低于1.70g/cm3)，导热系数低(为0.20～0.60W/(m·K))，隔热效果更佳，耐压强度较大(11～25MPa)；与普通隔热耐火材料相比具有耐火度高、耐压强度高、荷重软化温度高、重烧线变化率低(低于±0.4％)等特点，不仅可用作隔热层，也可作为高温窑炉理想的内衬结构材料，直接与火焰接触。
因此，本发明工艺简单、成本低廉；用该方法制备的氧化铝空心球轻质隔热砖具有体积密度低、热导率低，耐压强度高、使用温度高、隔热效果好、荷重软化温度高和重烧线变化率低的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：氧化铝空心球中的Al2O3含量＞98wt％，容重为0.6～0.8g/cm3；Al2O3微粉的粒度为325目以下；有机聚合物细粉的粒度为325目以下；硅微粉中的SiO2含量＞91wt％，粒度为325目以下；ρ-Al2O3微粉中的Al2O3含量＞99wt％，粒度为325目以下。为避免重复，以下实施例中不再赘述。
实施例1：
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。先将45～50wt％的氧化铝空心球、40～45wt％的Al2O3微粉、6～8wt％的ρ-Al2O3的微粉和3～4wt％的硅微粉混合，外加上述混合料5～10wt％的有机聚合物细粉和20～25wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～30h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1600～1650℃条件下保温3～6h。
本实施例中：有机聚合物细粉为酒糟；氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为25～30wt％，3～1mm的颗粒为40～50wt％，1～0.2mm的颗粒为23～33wt％。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.30～1.70g/cm3，耐压强度16～25MPa，导热系数为0.23～0.60W/(m·K)。
实施例2：
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。先将45～50wt％的氧化铝空心球、37～43wt％的Al2O3微粉、7～12wt％的ρ-Al2O3的微粉和4～5wt％的硅微粉混合，外加上述混合料10～15wt％的有机聚合物细粉和23～27wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～36h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1650～1700℃条件下保温3～6h。
本实施例中：有机聚合物细粉为淀粉；氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为30～35wt％，3～1mm的颗粒为35～45wt％，1～0.2mm的颗粒为22～33wt％；
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.20～1.60g/cm3，耐压强度15～25MPa，导热系数为0.22～0.60W/(m·K)。
实施例3：
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。先将45～50wt％的氧化铝空心球、40～45wt％的Al2O3微粉、6～8wt％的ρ-Al2O3的微粉和3～5wt％的硅微粉混合，外加上述混合料8～12wt％的有机聚合物细粉和21～26wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～48h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1600～1650℃条件下保温3～6h。
本实施例中：有机聚合物细粉为糊精；氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为28～33wt％，3～1mm的颗粒为38～45wt％，1～0.2mm的颗粒为25～33wt％。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.10～1.58g/cm3，耐压强度12～18MPa，导热系数为0.20～0.50W/(m·K)。
实施例4：
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。先将45～55wt％的氧化铝空心球、30～40wt％的Al2O3微粉、7～10wt％的ρ-Al2O3的微粉和5～6wt％的硅微粉混合，外加上述混合料5～8wt％的有机聚合物细粉和20～25wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～30h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1650～1700℃条件下保温3～6h。
本实施例中：有机聚合物细粉为葡萄糖；氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为30～35wt％，3～1mm的颗粒为35～45wt％，1～0.2mm的颗粒为23～33wt％。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.19～1.48g/cm3，耐压强度13～24MPa，导热系数为0.22～0.51W/(m·K)。
实施例5
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。先将47～55wt％的氧化铝空心球、32～40wt％的Al2O3微粉、8～13wt％的ρ-Al2O3的微粉和4～5wt％的硅微粉混合，外加上述混合料8～13wt％的有机聚合物细粉和25～30wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～48h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1600～1650℃条件下保温3～6h。
本实施例中：有机聚合物细粉为酒糟及淀粉；氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为27～32wt％，3～1mm的颗粒为38～45wt％，1～0.2mm的颗粒为27～33wt％。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.13～1.41g/cm3，耐压强度11～20MPa，导热系数为0.20～0.45W/(m·K)。
实施例6
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。先将45～55wt％的氧化铝空心球、30～40wt％的Al2O3微粉、10～13wt％的ρ-Al2O3的微粉和3～4wt％的硅微粉混合，外加上述混合料10～15wt％的有机聚合物细粉和22～25wt％的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护28～36h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1650～1700℃条件下保温3～6h。
本实施例中：有机聚合物细粉为糊精和葡萄糖；氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为28～33wt％，3～1mm的颗粒为38～45wt％，1～0.2mm的颗粒为25～33wt％。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.21～1.42g/cm3，耐压强度11～23MPa，导热系数为0.22～0.48W/(m·K)。
实施例7
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。本实施例中，除有机聚合物细粉为酒糟、淀粉和葡萄糖外，其余同实施例2。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.19～1.59g/cm3，耐压强度13～23MPa，导热系数为0.21～0.59W/(m·K)。
实施例8
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。本实施例中：除有机聚合物细粉为酒糟、淀粉和糊精外，其余同实施例4。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.20～1.47g/cm3，耐压强度11～23MPa，导热系数为0.22～0.52W/(m·K)。
实施例9
一种氧化铝空心球轻质隔热砖及其制备方法。本实施例中，除有机聚合物细粉为酒糟、淀粉、糊精和葡萄糖外，其余同实施例5。
本实施例所制得的氧化铝轻质砖的体积密度为1.10～1.45g/cm3，耐压强度12～21MPa，导热系数为0.20～0.48W/(m·K)。
本具体实施方式具有的有益效果是：
该轻质氧化铝空心球隔热砖是以氧化铝空心球为骨料，Al2O3微粉为基质粉料，ρ-Al2O3微粉为结合剂，辅助添加硅微粉，高温煅烧与氧化铝微粉反应产生莫来石相，能降低烧成温度并提高强度。
添加有机聚合物细粉为基质部分微孔造孔剂，使所得制品中基质部分均匀分布微小气孔，提高了产品的热震稳定性和降低热导率。
所制备的轻质氧化铝空心球隔热砖与普通的轻质氧化铝空心球隔热材料相比具有体积密度低(低于1.70g/cm3)，导热系数低(为0.20～0.60W/(m·K))，隔热效果更佳，耐压强度较大(11～25MPa)；与普通隔热耐火材料相比具有耐火度高、耐压强度高、荷重软化温度高、重烧线变化率低(低于±0.4％)等特点，不仅可用作隔热层，也可作为高温窑炉理想的内衬结构材料，直接与火焰接触。
因此，本具体实施方式工艺简单、成本低廉；用该方法制备的氧化铝空心球轻质隔热砖具有体积密度低、热导率低，耐压强度高、使用温度高、隔热效果好、荷重软化温度高和重烧线变化率低的特点。
Claims (7)
1.一种氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法，其特征在于先将45～55wt%的氧化铝空心球、30～45wt%的Al2O3微粉、6～13wt%的ρ-Al2O3的微粉和3～6wt%的硅微粉混合，外加上述混合料5～15wt%的有机聚合物细粉和20～30wt%的水，搅拌均匀，浇注成型；然后在室温条件下养护24～48h，脱模后于100～120℃条件下干燥20～36h，最后在1600～1700℃条件下保温3～6h；
氧化铝空心球的颗粒级配是：5～3mm的颗粒为25～35wt%，3～1mm的颗粒为35～50wt%，1～0.2mm的颗粒为20～33wt%。
2.根据权利要求1所述的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的氧化铝空心球中的Al2O3含量>98wt%，容重为0.6～0.8g/cm3。
3.根据权利要求1所述的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的Al2O3微粉的粒度为325目以下。
4.根据权利要求1所述的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的有机聚合物细粉为酒糟、淀粉和糊精中的一种以上，其粒度为325目以下。
5.根据权利要求1所述的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的硅微粉中的SiO2含量>91wt%，粒度为325目以下。
6.根据权利要求1所述的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述的ρ-Al2O3微粉中的Al2O3含量>99wt%，粒度为325目以下。
7.根据权利要求1～6项中任一项所述的氧化铝空心球轻质隔热砖的制备方法所制备的氧化铝空心球轻质隔热砖。
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